中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所質(zhì)量測(cè)量團(tuán)隊(duì)利用蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)（HIRFL-CSR）裝置，首次測(cè)量了短壽命核素52Co及其同核異能態(tài)的質(zhì)量，并結(jié)合已有數(shù)據(jù)重新構(gòu)建了52Ni的β衰變綱圖，在原子核質(zhì)量精確測(cè)量研究中取得又一重要成果。

　　同位旋相似態(tài)(Isobaric Analog State，IAS)指的是自旋、宇稱及同位旋量子數(shù)都相同，僅同位旋第三分量不同的一系列原子核，是核物理中非常重要的一個(gè)概念。同位旋相似態(tài)的性質(zhì)在原子核結(jié)構(gòu)、同位旋對(duì)稱性、CKM矩陣幺正性檢驗(yàn)以及核天體物理等研究領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。

　　已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，A=52、T=2的同位旋相似態(tài)與量子力學(xué)微擾理論框架下得到的同位旋多重態(tài)質(zhì)量公式（Isospin Multiplet Mass Equation，IMME）具有明顯差異。這一奇特現(xiàn)象引起了核物理學(xué)家的廣泛關(guān)注。為厘清這一問題，需要建立完整的52Niβ衰變綱圖，因此必須精確測(cè)量52Co基態(tài)及其同核異能態(tài)的質(zhì)量。

　　近代物理所科研人員首次運(yùn)用CSRe直線段上的狹縫限制了儲(chǔ)存環(huán)中離子的發(fā)射度，使等時(shí)性質(zhì)量譜儀的分辨能力提高了兩倍，從而在飛行時(shí)間譜上清楚地區(qū)分了52Co的基態(tài)及其同核異能態(tài)（見圖）。實(shí)驗(yàn)測(cè)得52Co同核異能態(tài)的激發(fā)能僅為387(13)keV，其質(zhì)量相對(duì)精度σm/m達(dá)到了1.6*10-7，是目前國(guó)際同類裝置測(cè)量的最高水平。

　　利用精確測(cè)量的質(zhì)量數(shù)據(jù)，研究人員重新構(gòu)建了52Niβ衰變綱圖，重新指認(rèn)了52Co中T=2的同位旋相似態(tài)，發(fā)現(xiàn)IMME公式依然能夠描述A=52、T=2的同位旋相似態(tài)。研究人員結(jié)合殼模型計(jì)算，發(fā)現(xiàn)52Co的T=2 同位旋相似態(tài)中同位旋混合程度極低，因此其主要通過γ躍遷退激，而通過質(zhì)子發(fā)射到51Fe基態(tài)衰變道幾乎可以忽略。這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步豐富了人們對(duì)于β衰變及同位旋相似態(tài)的認(rèn)識(shí)，并指出了在β緩發(fā)質(zhì)子譜研究中普遍使用了50年之久的同位旋相似態(tài)指認(rèn)規(guī)則的局限性。這項(xiàng)成果具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　此項(xiàng)研究得到了科技部“973”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院西部之光項(xiàng)目的支持。該研究成果在國(guó)際物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表。

　　圖：實(shí)驗(yàn)中得到的回旋周期譜